CPS(Cyber Physical System)는 로봇, 의료기기 등 실제의 시스템과 사이버 공간의 소프트웨어 및 주변 환경을 실시간으로 통합하는 시스템을 일컫는다[1,2]. 이는 물리 세계에서 정보를 수집하고 조작하여 산업 및 생활방식을 편리하고 효율적으로 바꾼다[3]. 따라서 국가 산업 기반의 변화를 가져올 수 있는 제4차 산업혁명에서 강조되는 기술의 하나이다. 미국, 유럽 등 기술 선진국에서는 국가적으로 필요성을 인식하여 장기적으로 투자하는 시스템이다. 또한 산업적으로는 자동차, 항공, 에너지, 제조 등 소프트웨어 기술이 결합되어 있다. 많은 기술이 결합되어있기 때문에 새로운 서비스를 창출하는 융·복합 산업에 적용 가능하여 7%이상의 연평균 성장률을 예상하는 유망한 분야이다[4].

CPS는 복잡하고 대규모의 시스템이기 때문에 신뢰성을 유지하기 위한 노력이 필요하다. 따라서 복합 시스템인 CPS의 신뢰성을 유지하기 위한 많은 연구가 진행되어야 한다. 미국 표준 체계인 NIST(National Institute of Standards and Technology)는 CPS 프레임워크를 발표하여 CPS의 신뢰성을 평가했다. 하지만 국내에서 CPS 가이드라인은 표준화 기획 및 초기 개발단계에 그치고 있다[5,6].

국내 표준화가 미비한 상태이기 때문에 각 개체들 사이에 오류가 빈번히 발생한다. 이를 해결하기 위해 CPS의 신뢰성을 보장할 수 있는 방안이 검토되어야 한다.

CPS는 국방, 교통, 제조 등 여러분야가 존재하며, 특히 의료분야의 시스템은 타 분야에 비해 다양한 요구사항과 높은 수준의 신뢰성을 요구한다[7]. 현재 의료분야에서는 국제 표준에 기반을 두어 의료정보시스템의 상호운용성과 연결성을 구현하고 검사하고 있는 IHE(Integrating the Health Care Enterprise)가 있다[8]. 하지만 복잡한 시스템으로 구성된 CPS특성이 포함된다면 IHE 평가 지침으로 신뢰성을 보장받기는 어렵다. 또한 CPS 특성을 포함한 소프트웨어를 개발하는 개발자들은 품질을 정량적으로 평가받을 수 있는 플랫폼이 제공되어 있지 않아 개발에 많은 어려움이 존재한다.

따라서 본 논문에서는 NIST의 CPS 프레임워크를 기반으로 IHE 지침을 적용하여 의료용 CPS 시스템의 신뢰성 평가할 수 있는 플랫폼을 연구한다. 또한 표준평가항목에 근거한 통계적 추정 방법을 사용한다[9].

본 논문의 구성은 다음과 같다. 제 2장에서는 연구대상 및 방법에 대해 살펴본다, 제 3장에서는 의료도메인 CPS평가 플랫폼을 기술하고 4장에서 의료도메인 CPS평가 플랫폼 적용 결과를 확인한다. 그 후 제5장에서 결론 및 향후연구를 기술한다.

본 논문에서는 의료도메인 CPS 평가 플랫폼을 제안한다. 의료도메인 CPS 평가 플랫폼은 의료용 CPS 시스템의 신뢰성을 검증할 수 있는 표준 평가툴이다. 이 연구에서 플랫폼은 세 단계로 구성되었다. 첫 번째는 대분류로 CPS의 12가지 도메인 중 의료도메인을 선택 한다. 두 번째는 중분류로 IHE도메인 중 평가 대상인 환자 관리 장치를 선택한다. 세 번째는 소분류로 환자 관리 장치 중 평가 받고 싶은 세부항목 선택을 선택하며 복수선택이 가능하다.

IHE 지침 중에서는 환자 관리 장치 기술 프레임 워크를 사용하여 의료도메인 CPS 평가 플랫폼을 구성했다. 이 플랫폼은 AWS(Amazon Web Services) 를 기반으로 개발되었으며, 사용자가 로그인할 때 사용자의 권한에서 기능을 선택한다.

본 연구에서는 의료도메인 CPS 평가 플랫폼을 사용하여 의료 시스템에 대한 표준 평가를 실시했다. 표준 평가 대상인 환자 관리 장치 도메인은 적어도 하나의 행위자가 의료 장치 또는 정보시스템과 같은 다른 행위자와 통신하는 환자 중심의 진료 의료 장치 사용 사례에 관한 것이다.

따라서 의료시스템인 의료장치에 대한 평가를 실시했다. 평가 결과는 <그림 1>과 같다.

의료도메인 CPS 평가 플랫폼은 항목이 평가된 시스템의 표준 평가를 지표로 시각화한다.

의료시스템의 표준평가는 <그림 2>와 같이 DEC를 대상으로 실시되었으며, Similar Factor 평가방법의 유사 인자에 해당하는 ACM에 대한 중요평가항목의 점수를 제공한다. 점수는 <표 4>에서 각 Level별로 추출된 개수와 곱하여 나온 값들이 더해진 총 합으로 계산된 결과다.

기존의 소프트웨어 품질검사 방식과 CPS에서의 품질검사는 시스템 간의 신뢰성, 서비스, 기술, 등 많은 측면이 다르다. 여러 시스템이 복합적으로 연동되는 CPS는 현재 하나의 표준만으로 검사 할 수 없는 실정이며, 수용해야 하는 요구사항이 방대하게 증가했다. 따라서 NIST의 CPS 프레임워크를 기반으로 IHE 지침을 적용하여 의료용 CPS 시스템의 신뢰성 평가할 수 있는 플랫폼을 연구하여 CPS의 신뢰성을 보완했다.

제안한 의료도메인 CPS 평가 플랫폼은 다양한 기술이 통합된 복잡한 시스템에 대해 일관된 표준 평가 방법을 제안한다. 그러므로 플랫폼 사용자는 복잡한 시스템을 제시, 개발 및 평가할 때 적용 가능한 표준의 요건을 쉽게 얻을 수 있다. 또한 시스템 및 평가 방법에 대한 잠재적 위협도 제공한다.

의료도메인 CPS 평가 플랫폼이 표준에 대한 정보를 제공하지만, 유사한 표준 평가항목을 가지고 있으며 관점에 의해 그 경계가 모호해진다. 따라서 본 논문은 Similar Factor 평가방법을 통해 유사한 평가 항목을 비교하고 평가하는 기능을 연구했다.

이후 의료도메인 CPS평가 플랫폼에 의료시스템을 적용해 실제 의료시스템에 대한 표준평가를 실시했다. 평가는 IHE 환자 관리 장치 기술 프레임워크의 항목 DEC 와 ACM에 대해 수행되었다. 그 결과 DEC 표준은 신뢰성 68점, ACM 표준과의 동등성 66점을 받았다. 이는 단일 표준 평가로 유사한 표준의 동일성을 확인시켜 준다. Similar Factor의 동일성을 통해 IHE와 NIST를 한 번에 평가할 수 있다.

기존에는 CPS평가에 대한 정량화된 플랫폼이 존재하지 않아 개발과 신뢰성을 보장받는데 어려움이 있었지만 본 논문을 통해 점수로 수치화 시켜 정량화된 플랫폼을 연구했다.

CPS 평가 플랫폼은 의료 영역에서 CPS의 신뢰성을 보장하기 위해 평가를 단순화했다. 그러므로 플랫폼은 복잡한 시스템 개발이 가속화되는 시대에 시스템의 신뢰성 평가를 용이하게 한다. 따라서 시스템을 제시하는 고객, 시스템을 개발하는 엔지니어, 그리고 그것을 평가하는 평가자들에게 유용한 플랫폼이 될 수 있다.

향후 계획으로는 플랫폼에 적용되는 IHE의 환자 관리 장치 기술 프레임워크를 모두 적용시키며 Reliability 이외에 다른 Concern들도 추가할 것이다.